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The Quantum Twisting Microscope - revolutionizing quantum matter imaging

Projektbeschreibung

Neuartiges Mikroskop erfasst komplexes Elektronenverhalten

Dem Verständnis des Elektronenverhaltens in Quantenmaterialien kommt zentrale Bedeutung in Bezug auf die Weiterentwicklung von Technologien wie der Quanteninformationsverarbeitung, den Energiesystemen und der ultraeffizienten Elektronik zu. Diese durch komplexe Elektronenwechselwirkungen gekennzeichneten Materialien weisen einzigartige Eigenschaften auf, darunter auch Supraleitfähigkeit, doch mit den derzeit verfügbaren Werkzeugen sind diese Wechselwirkungen kaum zu erfassen. Das Team des ERC-finanzierten Projekts QTM plant die Entwicklung eines Mikroskops mit Quantenverdrehung, eines bahnbrechenden Instruments, das drei Fähigkeiten vereint. Erstens wird eine ultradünne Spitze verwendet, um Quanteninterferenz lokal zu messen, was noch nie dagewesene Einblicke in das Verhalten von Elektronen gestattet. Zweitens ermöglicht es die präzise Kontrolle des Verdrehungswinkels zwischen den Materialien. Drittens ist vorgesehen, die räumliche Auflösung zur Abbildung elektrostatischer Eigenschaften drastisch zu verbessern. Erste Experimente zeigen bereits spannende Ergebnisse. Der vorgeschlagene Ansatz könnte die Erforschung von Quantenmaterialien voranbringen und Phänomene aufdecken, die sich bisher außerhalb unserer Reichweite befanden.

Ziel

In this work, we propose to build a radically new type of scanning probe microscope – the Quantum Twisting Microscope (QTM) – that will be the first capable of performing local quantum interference measurements at a twistable interface between two quantum materials. The concept, already established in preliminary experiments, is based on a unique tip made of an atomically-thin two-dimensional material. This tip allows electrons to coherently tunnel into a sample at many locations at once, making it a scanning electronic interferometer. With an extra twist degree of freedom, our microscope becomes a momentum-resolving local probe, providing powerful new ways to study the energy dispersions of interacting electrons in quantum materials. The same microscope, working in a second modality, will be the-first-of-its-kind platform for cryogenic assembly of interfaces between various van der Waals materials with full in-situ control over their twist angle. Finally, in a third modality, the QTM will make a dramatic jump, by two orders of magnitude, in the spatial resolution of electrostatic imaging. This will open a new world of interacting electron phenomena that were so far inaccessible to direct visualization. We have recently built a preliminary room temperature version of this microscope, and already observed striking quantum interference and promising results on all three fronts. By taking this new microscope to cryogenic temperatures, we expect to make multiple discoveries on a variety of fundamental questions in interacting quantum matter.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2022-ADG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
Netto-EU-Beitrag
€ 3 344 995,00
Gesamtkosten
€ 3 344 995,00

Begünstigte (1)